Cercetări Experimentale privind Strunjirea Materialelor Polimerice

CAPITOLUL 1. GEOMETRIA OPTIMĂ A PĂRŢII AŞCHIETOARE A SCULELOR

Durata de exploatare a unei scule şi deci economicitatea prelucrării depinde în mare măsură de modul cum au fost stabiliţi parametrii geometrici ai părţii aşchietoare.

Pentru rezolvarea acestei probleme proiectantul trebuie să considere valorile optime ale unghiurilor părţii active ale sculei astfel încât dimensiunile şi forma tăişurilor să asigure obţinerea preciziei dimensionale, a formei şi a rugozităţii prescrise pentru suprafeţele care se prelucrează. Condiţiile de formare a aşchiilor, care se creează prin adoptarea parametrilor geometrici optimi, trebuie să ducă la obţinerea unei durabilităţi maxime a sculei, la desfăşurarea aşchierii cu forţe şi momente de aşchiere minime şi o calitate ridicată a suprafeţei prelucrate.

Prin geometrie optimă se înţelege deci ansamblul parametrilor geometrici ai părţii aşchietoare care satisfac maximal atât condiţiile tehnice ale suprafeţei prelucrate, cât şi cele privind comportarea în aşchiere a sculei.

1.1. Criterii de optimizare

Pentru aprecierea gradului de optimalitate a geometriei unei scule aşchietoare este necesară precizarea prealabilă a criteriilor de optimizare, atât a celor principale, cât şi cele secundare.

Principalele criterii de optimizare a geometriei sculelor aşchietoare sunt:

- rezistenţa la uzură sau durabilitatea efectivă a sculei;

- capacitatea de a aşchia cu forţe şi momente minime;

- calitatea şi precizia suprafeţelor prelucrate.

Pe lângă aceste criterii principale se pot evidenţia şi o serie de alte criterii, după cum urmează:

- locul de pe tăiş care vine primul în contact cu suprafaţa de prelucrat;

- direcţia rezultantei forţelor de aşchiere;

- dinamicitatea forţelor şi momentelor de aşchiere;

- forma aşchiei şi direcţia de degajare a acesteia;

- capacitatea canalelor de a cuprinde şi evacua aşchiile;

- ascuţire şi reascuţire comodă;

- rezistenţa şi rigiditatea tăişului;

- tehnologicitatea părţii aşchietoare;

- preţul de cost, ş.a.

Rezistenţa la uzură sau durabilitatea efectivă a sculei este de cele mai multe ori criteriul esenţial de optimizare a geometriei, datorită următoarelor considerente:

- creşterea rezistenţei la uzură, permite o sporire corespunzătoare a vitezei optime de aşchiere, deci şi a productivităţii prelucrării;

- durabilitate ridicată conduce la micşorarea consumului specific de scule pe unitatea de produs, deci la reducerea preţului de cost.

- creşterea rezistenţei la uzură determină o creştere corespunzătoare a stabilităţii dimensionale a părţii aşchietoare, cu consecinţe directe în creşterea preciziei prelucrării.

Capacitatea de a aşchia cu forţe şi momente reduse reprezintă un criteriu important, întrucât de acesta depind:

- rezistenţa şi deformaţia sculei şi a sistemului tehnologic, stabilitatea la vibraţii şi implicit calitatea şi precizia prelucrării;

- încărcarea energetică unitară (puterea consumată pe unitatea de lungime a tăişului), de care depinde durabilitatea sculei;

- consumul energetic al maşinii-unelte.

Calitatea suprafeţei prelucrate este un criteriu principal în cazul operaţiilor de finisare.

Locul de pe tăiş care vine primul în contact cu suprafaţa de prelucrat prezintă importanţă deosebită în căzui sculelor a căror parte aşchietoare are acţiune intermitentă, cu o dinamicitate ridicată a forţelor şi momentelor de aşchiere. Pentru cuţitele de mortezat şi rabotat sau frezele cilindro-frontale se urmăreşte ca primul punct de pe tăiş ce vine în contact cu suprafaţa de prelucrat să fie cât mai îndepărtat de vârful dintelui sculei, deoarece vârful prezintă o rezistenţă mecanică redusă.

Direcţia rezultantei forţelor de aşchiere are influenţă asupra modului de solicitare a părţii aşchietoare, a dintelui, a corpului şi părţii pe fixare a sculei.

Dinamicitatea forţelor şi momentelor de aşchiere influenţează în principal calitatea suprafeţei prelucrate dar şi durabilitatea tăişului sculei.

Forma aşchiei şi direcţia sa de degajare are importanţă în ce priveşte descongestionarea zonei de aşchiere, a eliminării căldurii, influenţând pe această cale durabilitatea. De forma aşchiilor depinde şi comoditatea deservirii maşinii-unelte, evitarea pericolului de accidentare a operatorului, depozitarea spanului.

Capacitatea canalului de a cuprinde şi elimina aşchiile degajate trebuie luată în considerare la sculele la care aşchiile se degajă în spaţii închise sau semiînchise, de tipul broşelor, frezelor de debitat, burghielor, adâncitoarelor, ş.a.

1.2. Criteriile esenţiale de optimizare a părţii aşchietoare

În raport de condiţiile concrete de aşchiere, de materialul prelucrat, calitatea suprafeţei prelucrate, regimul de aşchiere, caracterul prelucrării-degroşare: semifinisare sau finisare, de prezenţa lichidelor de răcire-ungere, de materialul sculei, şa., este necesar sa se procedeze la adoptarea, la selectarea, din multitudinea criteriilor de apreciere a comportării sculei în aşchiere, a unui număr restrâns de criterii, numite esenţiale, în raport cu care se procedează la optimizarea geometriei tăişului.

Criteriile esenţiale diferă în raport şi cu scopul prelucrării. De exemplu, la operaţiile de degroşare, când se urmăreşte un maxim de productivitate, cu un consum minim de energie, fără a urmări o calitate şi precizie ridicată, criteriile esenţiale de optimizare sunt durabilitatea şi capacitatea de a aşchia cu forţe şi momente minime. La operaţiile de finisare însă, criteriile de optimizare esenţiale vor fi calitatea suprafeţei prelucrate şi rezistenţa la uzură.

Pentru selectarea criteriilor esenţiale este necesară evidenţierea influenţelor pe care parametrii geometrici ai părţii aşchietoare o au asupra criteriilor de optimizare.

1.3. Legătura dintre criteriile de optimizare şi parametrii geometrici ai părţii aşchietoare

După cum se poate constata, criteriile de optimizare sunt reprezentate de fenomene şi calităţi ale procesului de aşchiere şi ale sculei, ca rezistenţa la uzură, forţele şi momentele de aşchiere, calitatea şi precizia suprafeţei. Aceste fenomene şi calităţi sunt influenţate de diferiţi parametri care apar în proces, cum sunt: elementele regimului de aşchiere, caracteristicile fizico-mecanice ale materialului prelucrat şi ale materialului sculei, prezenţa şi natura lichidelor de răcire-ungere, gradul de uzură al sculei, parametrii geometrici ai părţii aschietoare.

Pentru înţelegerea modului în care influenţează fiecare parametru, în special fiecare parametru geometric, asupra criteriilor de optimizare, este necesară precizarea factorului esenţial care determină modul de desfăşurare al procesului de formare al aşchiei.

Cercetările în domeniul aşchierii au condus la concluzia că factorul esenţial care determină condiţiile şi modul de desfăşurare a procesului de aşchiere este temperatura pe suprafaţa de contact dintre aşchie şi faţa de degajare a sculei şi temperatura medie în zona deformaţiilor maxime a aşchiei.

La rândul ei temperatura este determinată în cea mai mare măsură de încărcarea energetică unitară a tăişului şi capacitatea sculei de a elimina căldura din zona de aşchiere.

Prin încărcarea energetică unitară (E) se înţelege puterea consumată pe unitatea de lungime a tăişului principal, proporţională cu cantitatea de căldură degajată în unitatea de timp, pe unitatea de lungime a aceluiaşi tăiş.

Fig.1.1.Lungimea părţii active a tăişului

Încărcarea energetică unitară va fi dată de relaţia

,

în care:

Fz – forţa principală în daN;

V – viteza de aşchiere, în m/min;

l – lungimea părţii active a tăişului, în mm.

Expresia încărcării energetice unitare poate fi detaliată în funcţie de regimul de aşchiere şi parametrii geometrici ai sculei, conform Fig. 5.1.